工程光学应用光学设计性实验
实验一 望远镜、显微镜光学特性分析与测量
实验者：39171104 张燕琴
39171105 彭陈陈 39171106 杨 柳
实验时间：2011年5月24日
一、 实验目的与内容
目的：在掌握望远镜、显微镜基本原理的基础上，通过实际测量，进一步了解它们的主要光学特性。
内容：分别检测一台望远镜、显微镜的视场、出瞳、分辨率等特性参数，并与理论值进行比较。
二、 实验原理 （1） 焦距仪
焦距仪是光学产品、元件的综合检测仪器。适用于光学仪器厂、照相机厂、科研所及光学实验室等。该产品结构合理，配件齐全，适应性强，可进行单片焦距测量望远镜、显微镜的焦距测量。利用鉴别率板可测显微镜、望远镜的鉴别率，配上光源测节器，可测出光学诸基点。利用平行光管、波罗板、读数显微镜、可测望远镜或显微镜的放大倍率。反射镜和高斯目镜用来检验平行光管所用，配上视距分划板，可检测望远镜的视距，还可检测照像物镜等。图一是焦距仪的示意图。
（2） 望远镜：
望远镜的主要光学特性参数有：出瞳直径、出瞳距离、放大率、视场、分辨率。
几何光学中，把限制轴上点光束孔径的光阑称为孔径光阑；把限制光学仪器所能观察到的视场大小的光阑成为视场光阑。把孔径光阑经过他的前方所有光学系统部分所称的像称为入瞳，把孔径光阑经过他的后方所有的光学系统部分所成的像称为出瞳。
物镜框是孔径光阑。这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。 限制望远镜所能观察到的视场大小的分划板框是视场光阑。
孔径光阑经过他后面的所有光学系统（分划板及物镜）所成的像就是出瞳，出瞳到最后一个面的距离就是出瞳距离
望远镜的放大率是指视觉放大率。
1
工程光学应用光学设计性实验
视觉放大率是指人眼通过望远系统观察和直接观察同一物体时，在人眼视网膜上成像的大小之比，即
望远镜的视场是指人眼通过该仪器所能见到的物空间的最大范围。
用所能见到的物空间最大范围的边缘向入瞳中心所引的张角的角度值来表示望远镜的物方视场。像方视场用像空间的边缘向出瞳中心所引的张角的角度值来表示。
望远镜的分辨率用极限分辨角表示。
（3） 显微镜：
显微镜的主要光学特性参数有：视觉放大率、线视场、分辨率。 显微镜的视觉放大率为：M＝△/F× D/F2，
F1=物镜焦距，F2=目镜焦距，△=光学筒长， D=明视距离（=250mm）.
显微镜的线视场取决于放在物镜前焦面的视场光阑的大小，物体经物镜就成像在视场光阑上。设视场光阑直径为D，则则显微镜的线视场为：
显微镜的分辨率主要取决于显微物镜的数值孔径，与目镜无关。目镜仅把被物镜分辨的像放大，即使目镜放大率很高，也不能吧物镜不能分辨的细节看清。
具体光路如下：
三、实验设备
2
工程光学应用光学设计性实验
1、望远镜光学特性参数测量
焦距仪，平行光管（f平'?550mm），读数显微镜，视场仪（大视场平行光管），被测水准仪，鉴别率板（2、3板），白炽灯，钢板尺等。
2、显微镜光学特性参数测量
测量显微镜（有3，8等物镜，10目镜），精密玻璃刻线板，透明毫米刻线尺，（台灯）。
??##?三、 实验步骤
（一）望远镜光学特性参数分析与测量。
1、入瞳、出瞳的测量：
（1）将被测望远镜，平行光管和读数显微镜安放在三角导轨上。
望远镜的孔径光阑A孔为物镜框，其出瞳在目镜的后方，设入瞳直径为D,出瞳直径为
d。
用平行光管照明。白炽灯放在物镜L平的前焦面附近。发出平行光均匀照亮物镜，则在目镜L目之后得到A孔所成的一个清晰的大小为d的像，即出瞳。
（2）用读数显微镜测量d的大小
显微镜安置在一个各方向可调的支架上。前后移动显微镜，使d在分划板g上成清晰
1）并依如下关的像d'，d'之值可在分划板上读出。设显微镜物镜L显的倍数为?（?＝系计算出瞳直径d：
?d?d'?
（4）用读数显微镜测量出瞳距p'
2、鉴别率测量：
在平行光管的后焦面上装上一块鉴别率板（有各种刻线间距的刻线板，各组刻线线宽见附表）。则板上各组即代表处于无穷远的不同宽窄的物体。人眼通过被测望远镜观察鉴别率板上的各组刻线。其中尚能分辨的最小刻线间距（依四个方向都能看清楚为准）所对应的角值，即对应与望远镜的最小鉴别角，亦即最高分辨率。记下该组刻线的组号，并按下面的方法换算成望远镜的鉴别率。
例：尚能分辨的最小一组刻线是3板中的第十八组，查附表，得刻线宽b?15?，刻线间距2b?30?，则两线之夹角?如图3所示,得：
# 3
工程光学应用光学设计性实验
2b30?10?3?206265\????11(秒）
f平'550此?即为最小鉴别角，亦即最高鉴别率。 根据公式??140计算理论鉴别率。 (秒）D入（mm)3、视场测量：
（1）物方视场角2?：
在一个大视场（广角）平行光管物镜（f视'?240mm）的焦面上装置一块毫米刻线尺，由白
视场仪结构 分划板中心局部示意图 炽灯照亮，将被测望远镜放在物镜后面（靠近，但千万
视场仪结构示意图别碰上镜面）人眼通过望远镜观察毫米刻线尺的像。所能看到的最大刻线范围，就是望远镜
的物方视场。
设所看到的最大刻线范围是2?(mm)，按如下关系计算物方视场角2?：
tg???f视'
（2）像方视场测量：
将被测望远镜反向放置，即使目镜靠近大视场平行光管，从物镜方面观察，这时所能看到的最大刻线范围，就是望远镜的像方视场。
设所看到的最大刻线范围是2?'(mm)（当然，它要比物方的2?大得多，为什么？）则按下面关系式计算像方视场角2?'：
tg?'??'f视'
因为测量2?'时，望远镜是缩小的，刻线看不清，可大致估测。 （3）按公式?望＝Dtg?'计算视角放大率，并与按?望?入算出之值比较。 tg?d出
（二）测量显微镜光学特性参数的分析与测量
1、物方线视场测量：
在测量显微镜的工作台上放上透明毫米刻线尺（用台灯照明），人眼通过测量显微镜所能观察到的最大刻线范围，就是测量显微镜的物方线视场2?。
2?是由实像面（亦即目镜前焦面上）上的视场光阑所限制的。通常视场光阑直径即实
像大小2?'在?15～?20mm之内，所以，用不同倍数的物镜时,相应于不同的物方线视场
4
工程光学应用光学设计性实验
2?。物镜倍数越高,物方线视场2?越小。
鉴别率测量：
（1）观察精密玻璃刻线板上的一组图案，其上有不同间距的刻线。人眼尚能分辨的最小刻线间距?即为测量显微镜物镜的最高鉴别率。
分别用两个不同倍数（也即有不同数值孔径NA）的物镜（例如3和8）观察，并测量它们的鉴别率，注意：根据有效放大率选用目镜（?显?500NA）。
（2）根据公式?＝??0.61?，计算理论鉴别率，并与测量值比较，取?＝0.55?。
NsinU物镜的数值孔径NA?NsinU通常标注在物镜上，如图8所示。不同倍数?物镜的NA大致如下表所列：
? 3? 8? 45??100（油浸） NA 0.09 0.24 0.65 1.25
5